高壓輸電電纜敷設方式的選擇研究

王尉軍， 劉 兵， 殷 慧

（貴州電網有限責任公司貴陽供電局，貴州 貴陽550002）

0 引 言

隨著貴陽經濟的高速發(fā)展及城市的不斷擴張，架空線路遷改為電纜的數量與日俱增，新電纜入地必然要考慮敷設方式，根據GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》［1］及DL／T 5221—2016《城市電力電纜線路設計技術規(guī)定》要求［2］：電纜敷設方式的選擇應視工程條件、環(huán)境特點和電纜類型、數量等因素，以及滿足運行可靠、便于維護和技術經濟合理的要求。因此，電纜敷設方式的前期規(guī)劃對于運行維護越發(fā)顯得重要。

結合實際運行維護經驗，本工作對高壓輸電電纜（35 kV及以上）直埋、保護管、電纜溝、隧道及頂管等敷設方式的優(yōu)缺點進行分析，并介紹了貴陽高壓輸電電纜運行維護管控的注意事項，為未來高低壓電纜工程的遷改和基建提供選擇參考。

1 貴陽高壓輸電電纜現狀

目前，貴陽輸電管理所管轄35 kV及以上電壓等級電纜線路長度共249.215 km，比2018年新增25 km，包含220 kV電纜線路9.9 km，110 kV電纜線路234.415 km，35 kV電纜線路4.9 km，其中，直埋、保護管、電纜溝、隧道（綜合管廊）、頂管敷設長度分別為3.5，64.882，177.233，3.2，0.4 km，貴陽某輸電管理所管轄輸電電纜電壓等級和敷設方式見表1。

由表1可以看出：貴陽高壓輸電電纜以110 kV為主，且以電纜溝為首選敷設方式，將便于運行維護作為選擇前提，但早期許多線路都是保護管敷設，因此，一條線路不同電纜段存在不同的敷設方式，即保護管兼電纜溝混合模式，隨著技術的不斷發(fā)展，敷設方式的選擇將更加廣泛。

表1 電纜線路管轄情況

2 高壓輸電電纜敷設方式

電力電纜敷設方式在GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》、DL／T 5221—2016《城市電力電纜線路設計技術規(guī)定》及中國南方電網有限責任公司2016版《35～500 kV電力電纜線路運行規(guī)程》中有明確規(guī)定，本工作只對電纜敷設方式部分進行重點介紹并分析優(yōu)缺點，其他規(guī)程要求不再贅述。

2.1 直埋

直埋敷設要求沿電纜全長的上、下緊鄰側鋪以厚度不小于100 mm的軟土或砂層，沿電纜全長應覆蓋不小于電纜兩側各50 mm的保護板，保護板應采用混凝土，且在保護板上層鋪設防腐、防蟻警示標志帶，便于在防外力破壞中形成最后一道警示防線，同時根據不同地形沿電纜路徑豎立明顯的方位標志或標樁。直埋電纜自土溝引進隧道、人井及建筑物時，應穿入管中并將管口堵塞，以防止進水。

電纜直埋敷設后處于免運行維護狀態(tài)，因此前期對電纜施工敷設工藝要求高，應全面對施工前、中、后進行過程管控，避免施工過程中損傷電纜。

優(yōu)點：投資少，電纜不會被積水、淤泥浸泡，不易被盜，節(jié)省電纜中間接頭防火措施，用電纜故障儀檢測故障時易通過聲磁同步技術定位故障，減少路面開挖量。

缺點：不利于檢修維護，增容性差，對施工工藝要求高，易遭受外力破壞，需要大量砂層，受地質影響大，易遭受白蟻、易被化學物質等腐蝕。

貴陽屬于喀斯特地貌，以山地、丘陵為主，電纜直埋所需大量砂層不易獲取，因此，電纜直埋對于貴陽電網具有局限性。

2.2 保護管

保護管敷設要求單芯電纜以單根穿管時，不得使用未分隔磁路的金屬管，電纜保護管內徑應按不小于電纜外徑的1.5倍配置，若其太小，不便于電纜敷設。敷設電纜之前，保護管的管口應打磨圓滑或配置專用喇叭口，且保護管內雜物必須清除干凈，防止敷設時劃傷電纜。敷設電纜后，保護管在工作井處的管口應封堵。保護管之間應保持不小于20 mm的間距，防止電纜之間發(fā)生串燒。

同電纜直埋敷設類似，除中間接頭需要定期運行維護外，電纜本體處于免運行維護狀態(tài)，因此，前期對電纜施工敷設工藝要求高，一旦電纜被劃傷，長期運行后會引起電纜擊穿故障，2017年貴陽110 kV輸電電纜發(fā)生一起保護管電纜擊穿跳閘事故，該段電纜總長4.9 km，保護管敷設，分成5個中間接頭，故障點最后確認在保護管段，分析原因即為電纜敷設過程中造成外護套嚴重損傷，長期運行后引起外護套發(fā)熱，最后導致電纜被擊穿。

優(yōu)點：相對于直埋敷設，保護管敷設便于電纜運行和維護，并且可預留電纜通道和通信管道，為遠期擴容留下空間，電纜不會被積水、淤泥浸泡，不易被盜。

缺點：相對于直埋敷設，保護管敷設用地范圍較大、成本較高。保護管內電纜運行時產生的熱量不能及時散發(fā)，會加大電纜保護層材料老化，造成電纜壽命的縮短。因電纜用保護管包封且存在回聲，大大減弱了利用聲磁同步技術定位故障的效果［3］。

2.3 電纜溝

根據中國南方電網有限責任公司2016版《35～500 kV電力電纜線路運行規(guī)程》：110 kV及以上新建電纜溝宜采用鋼筋混凝土型式，不宜采用磚混結構。貴陽高壓輸電電纜主推電纜溝，特別是遷改線路，電纜溝單側敷設，設計凈高為1 800 mm、凈寬為900 mm及以上，雙側敷設設計凈高為1 800 mm、凈寬為1 300 mm及以上，支架一般設計為3 000～5 000 mm，電纜溝尺寸根據規(guī)劃敷設電纜根數進行具體調整，采用整體澆筑形式，避免蓋板存在縫隙及易被壓壞等帶來的弊端。電纜溝中間接頭應做好防火防爆措施，且中間接頭兩側電纜各約3 m區(qū)段和該范圍內臨近并行敷設的其他電纜上，采用防火涂料或阻火包帶以阻止燃燒，應保證電纜與電纜之間無防火盲區(qū)，溝內設置防火墻及防火隔層。

優(yōu)點：電纜溝增容空間大，便于人員行走進行電纜運行和維護，電纜敷設快捷便利，且散熱性能好，故障查找簡單快捷。

缺點：投入成本高，占地面積大，密閉空間有害氣體多，通訊不暢，電纜溝易形成積水、淤泥及發(fā)生回流線或接地線偷盜事件，易被其他管線部門利用，造成電纜溝內存在不同單位、不同部門的管、線、纜，不利于管理。

2.4 隧道或綜合管廊

綜合管廊可以看作是隧道的改造升級版，相對于直埋、保護管及電纜溝，電纜隧道受地形、環(huán)境及資金限制，選擇空間較小，一般建設在離地面有相當深度，當同一通道最終規(guī)劃的110 kV及以上電纜回路數不小于6個時應采用隧道敷設。目前，貴陽高壓輸電電纜通道已形成2條隧道，1條綜合管廊，其設計標準大于規(guī)程要求，比電纜溝高一等級，同電纜溝一致，中間接頭應做好防火、防爆措施，且中間接頭兩側電纜采用防火涂料或阻火包帶以阻止燃燒，溝內設置防火墻及防火隔層。相比電纜溝，隧道內應安裝電纜智能在線監(jiān)測，包括視頻、環(huán)流、局部放電、溫度、環(huán)境氣體及水位等多種在線監(jiān)測，減少班組成員人工巡維量。

優(yōu)點：隧道增容空間大，配置電纜智能在線監(jiān)測，便于人員遠程進行監(jiān)測，電纜敷設快捷便利，且散熱性好，故障查找簡單快捷。

缺點：投入成本高，占地面積大，選擇空間小。

2.5 頂管

高壓輸電電纜需穿越山脈、公路主干道時，采用非開挖頂管敷設，因此，頂管一般只是電纜方式上的部分通道。中國南方電網有限責任公司2016版《35～500 kV電力電纜線路運行規(guī)程》對非開挖頂管敷設有明確的要求，頂管尺寸可根據全段電纜通道及地理環(huán)境進行合理設計，如頂管前后段為電纜溝，頂管應以電纜溝尺寸進行參考設計，保證全段電纜運行維護模式一致，目前貴陽高壓輸電電纜頂管按照人員能夠正常檢修尺寸進行設計。

優(yōu)點：相對于直埋及保護管，便于電纜運行和維護，對地面干擾小，電纜敷設快捷便利，且散熱好，故障查找簡便快捷。

缺點：增容空間較小，投入成本高，占地面積大，空間小，易形成積水、淤泥及發(fā)生回流線或接地線偷盜事件，易被其他管線部門利用，造成溝內存在不同單位、不同部門的管、線、纜，不利于管理。

綜合以上分析，將電纜直埋、保護管、電纜溝、隧道及頂管等敷設方式的優(yōu)缺點通過運行維護指標來進行定性，高壓輸電電纜敷設方式運行維護指標見表2。

表2 高壓輸電電纜敷設方式運行維護指標分析表

由表2可以看出：隧道（綜合管廊）對于電纜運行維護是最理想的方案，但投資成本最高，選擇空間??；電纜溝及頂管運維便利，但存在防水性及防盜性差的弊端；直埋和保護管運行維護不便，但前期投資相對較少。

在前期規(guī)劃選擇電纜敷設方式時，因出資建設方和運行維護方的要求不同而存在差異，但前提是保證電纜要安全可靠運行，如選擇直埋或保護管不可直視的敷設方式，電纜敷設過程中損傷電纜的概率比電纜溝和隧道敷設要高，應更加注重前期電纜敷設的安全管控，避免損傷電纜。此外，電纜敷設方式的選擇應根據基建或遷改的不同綜合考慮，基建工程資金來源于本單位的建設計劃，電纜敷設方式可以從安全性及經濟性綜合考慮。遷改工程資金主要來源于外單位的建設計劃，電纜敷設方式可以從安全性、運行維護便利性及經濟性綜合考慮。

3 注意事項

3.1 運行維護部門全過程管控

電纜運行維護部門應從前期規(guī)劃、設計審查、電纜溝隱蔽工程驗收、電纜敷設、附件制作、中間驗收和竣工驗收等環(huán)節(jié)進行全過程管控，確保每個節(jié)點關鍵部位符合運行維護及規(guī)程要求，保證電纜投運后安全穩(wěn)定運行。

3.2 注重電纜敷設增容性

在電纜通道建成后，必然會預留電纜通道，在前期電纜敷設過程中，應注重后期增容時電纜敷設的便利性，如保護管敷設時，前期敷設電纜時，不應從上至下按照橫排敷設，應按照品字型沿兩側豎排敷設。在電纜溝及隧道敷設時，應盡量從下至上進行敷設。目前，貴陽高壓輸電電纜保護管以敷設4個回路數及以上電纜進行規(guī)劃設計，110 kV電纜溝按4個回路數及以上、220 kV電纜溝或隧道按2個回路數及以上進行規(guī)劃設計，電纜溝或隧道增容靈活性好，如空間足夠，只需安裝電纜支架即可進行增容。

3.3 提升電纜通道防水性

在設計時，應盡量提升電纜通道防水性，如保護管敷設時，將保護管進行防水封堵，電纜溝及隧道敷設時，強化施工縫及連接縫的防水處理。此外，除了電纜隧道，其余敷設方式通道排水基本依靠集水井自然滲透，效果欠佳，可采用更多的防水措施來緩解，如工作井、檢修井及中間接頭井是水、泥沙的主要來源，可在前期將井蓋板設計成有防水內膽的雙重井蓋，形成一個封閉無縫空間，能有效防止地面上的水、泥沙流至通道內，同時這也是貴陽輸電電纜的固定設計方式，相比以往無防水內膽井蓋，電纜通道內水量減少了90%，效果顯著。

3.4 增強電纜接地可靠性

高壓輸電電纜接地線及回流線經常被盜，2015年11月13日成立至今，本所運行維護的輸電電纜接地線及部分回流線被盜線路數量35條，涉及桿塔54基、電纜溝1條，回流線2條，電纜接地線被盜呈現愈演愈烈之勢，甚至出現修補即被盜的尷尬狀況。部分線路已多次搶修恢復后再次被盜。缺少可靠接地的電纜設備已多次發(fā)生放電、燃燒等情況，致使線路被迫停運，對我局電網的可靠性及安全穩(wěn)定運行造成了重大影響。

目前采取臨時處理措施進行搶修。在發(fā)現被盜情況時，立即申請將線路轉檢修狀態(tài)進行搶修，采用240 mm2的鋁芯絕緣導線臨時替代銅芯電纜進行臨時恢復，待完善終端桿塔的防盜、防破壞措施后，再將接地線恢復為原設計線徑的銅芯電纜。

針對1號桿塔至變電站側為電纜的情況，應盡量將電纜金屬護套直接接地設置在變電站內，1號桿塔為保護接地，一旦1號桿塔接地線被盜，只是保護接地側被破壞，而變電站側直接接地完好，不會因失去接地造成電纜或保護器被擊穿引起放電跳閘事件。

3.5 推廣電纜智能監(jiān)測性

國家電網和南方電網均在大力推廣高壓輸電電纜智能在線監(jiān)測，同時已編入運行規(guī)程及技術導則里。對于新增電纜線路，在前期規(guī)劃之初，將電纜智能監(jiān)測系統(tǒng)列入設計范圍，否則后期進行立項安裝更加困難，如電纜敷設方式為保護管、直埋時，前期可將電纜及在線監(jiān)測所需電源線、光纖等設備同時敷設安裝，避免后期安裝帶來的諸多不便。針對在線監(jiān)測取電困難問題，貴陽高壓輸電電纜采用報裝取電及就近變電站取電方式，正在嘗試感應取電及分布式終端遠程上傳的方式。

目前，貴陽高壓輸電電纜已完成12條電纜線路的在線監(jiān)測，并在持續(xù)建設中，覆蓋接地環(huán)流、局部放電、本體溫度等主要功能，2020年底將完成綜合管廊內一條智能輸電電纜線路建設，包含感應取電、智能機器人巡檢、視頻監(jiān)控、故障測距，環(huán)流、局部放電、本體及環(huán)境溫度、氣體檢測及智能井蓋等功能。相比傳統(tǒng)人工巡視，在線監(jiān)測顯著提高了運行維護效率，可實時監(jiān)測電纜運行狀態(tài)。

3.6 電纜路徑可探測性

根據南方電網智能輸電線路裝備技術導則，電纜線路應加設基于RFID技術的電子識別標簽及具備身份識別的智能井蓋，并形成可探測的電纜電子路徑，可避免因周圍環(huán)境發(fā)生變化而無法正確定位電纜具體通道的問題，解決電纜路徑不清晰的安全隱患。在電纜前期規(guī)劃之初，應將可探測安健環(huán)納入設計范圍，避免后期重新探測路徑進行安裝帶來的不便。

目前，貴陽高壓輸電電纜60%的線路已完成可探測安健環(huán)安裝，可探測安健環(huán)分為兩部分：基于RFID的可探測地下電子信息標識器，用于電纜通道路徑標注；基于RFID的可探測電子扎帶，用于識別具體線路信息?？商綔y安健環(huán)完成后生成電子路徑，在后臺服務器進行展示，避免傳統(tǒng)電纜路徑因周圍環(huán)境發(fā)生變化而無法正確定位電纜的問題。對于新增電纜線路，在投運前完成電纜可探測安健環(huán)安裝，運行維護部門方可申報投運申請。

4 結束語

高壓輸電電纜敷設方式的選擇直接影響電纜后期的運維模式，本工作結合現有電纜運行維護經驗，分析了電纜直埋、保護管、電纜溝、隧道及頂管敷設的優(yōu)缺點，同時介紹了貴陽高壓輸電電纜管控的部分注意事項。針對遷改或基建項目，電纜敷設方式可根據各種因素，合理地選擇便于運行維護的最佳方案。